Duurzaam alternatief met laag energieverbruik voor CO2-lasers & YAG-lasers – Snij- en graveerlaserkoppen
Technologische superioriteit van blauwe laserkoppen ten opzichte van YAG- en CO2-lasers
Blauwe lasers zijn technologisch superieur aan andere beschikbare oplossingen zoals CO2-lasers en YAG-lasers. Hun introductie op de markt heeft invloed uitgeoefend op de geneeskunde, het leger en de wetenschap. De vraag blijft groeien dankzij de 450 nm-golflengte, hoge vermogensdichtheid en sterke absorptie van blauw licht door vele materialen. Deze parameters resulteren in hoge bewerkingssnelheden voor uiteenlopende materialen, een lage uitvalkans en eenvoudige integratie van het product in specifieke productieprocessen.
Eerdere pogingen om krachtige diodelasers te ontwikkelen mislukten vaak om diverse redenen. Producten die veilig op CNC-machines kunnen worden gemonteerd, bereiken typisch een vermogen van enkele watts — circa 5–6 W. Sommige fabrikanten boden gecombineerde modules van 12–15 W aan (twee 6 W-koppen), maar deze prototypes hadden nadelen: geen toegewijde optische opbouw (groot brandpunt –> lagere vermogensdichtheid en prestatie), fysieke integratieproblemen (extra controllers, voedingen, warmteafvoer), en het risico op twee afzonderlijke spots in plaats van één samengesmolten spot.
In industriële toepassingen zijn CO2- en YAG-lasers (infrarood) in het 30–500 W-bereik gangbaar, ondanks beperkingen: lage elektrische efficiëntie, moeizame integratie, zwakke absorptie op veel materialen en hoge onderhoudskosten. In de praktijk kunnen blauwe diodekoppen veel taken overnemen die eerder voorbehouden waren aan krachtige lasers, terwijl ze de efficiëntie en snelheid van de machine verhogen. Hun elektrische efficiëntie bedraagt circa 35% tegenover 15–20% voor YAG en ~8% voor CO2. De levensduur van diodelasers is bovendien vele malen langer (ca. 10.000–20.000 uur ten opzichte van CO2-buizen).
Compact formaat, passieve warmteafvoer en een veilige constructie bieden nieuwe mogelijkheden zoals draagbare markers voor zagerijen, laswerkplaatsen en roestvaststaalproductie. Gebruik makend van de sterke absorptie op blauwe golflengten, gebruikt Opt Lasers blauwe diodes voor snijden en graveren van textiel, rubber, kunststoffen, hout, roestvast staal en meer. Hoogvermogen diodekoppen van 6–30 W vormen een aantrekkelijk alternatief voor toepassingen die voorheen afhankelijk waren van omvangrijke CO2- en YAG-systemen.
Een 450 nm-diodelaser kan van enkele tot bijna 20 × meer energie aan het werkstuk leveren dan CO2/YAG (kleinere spot + hogere absorptie), waardoor vergelijkbare resultaten worden bereikt met veel minder laservermogen. Belangrijkste eigenschappen van diodekoppen op CNC-systemen:
Hoge optische vermogensdichtheid
Blauwe diodegraveerkoppen bereiken de hoogste vermogensdichtheid dankzij hun zeer kleine laserspots (ca. 0,10 mm × 0,003 mm tot 0,15 mm × 0,003 mm) en een “top-hat” intensiteitsverdeling. De vermogensdichtheid van een 30 W multimode blauwe kop is significant hoger dan concurrerende systemen. Ter vergelijking:
- 30 W CO2-laser: ~430 kW/cm² (orde van grootte lager).
- 30 W YAG-laser: ~450 kW/cm².
Hoge absorptiecoëfficiënt van blauw laserlicht
Blauwe diodes (440–450 nm) hebben een hoge absorptie in vele materialen, waardoor meer energie aan het oppervlak wordt afgegeven dan bij YAG of CO2.
| Materiaal | Blauwe diode 450 nm | YAG | CO2 |
|---|---|---|---|
| Koper | ~65% | ~5% | ~5% |
| Goud | ~65% | ~5% | ~5% |
| Roestvast staal | ~45% | ~35% | <3% |
| Titanium | ~85% | ~70% | ~6% |
| Aluminium | ~12% | ~8% | ~3% |
Een hogere absorptie betekent dat bij gelijk optisch vermogen meermaals zoveel energie aan het werkstuk wordt afgegeven.
Hogefrequentiemodulatie van diodelaserstroom
Opt Lasers koppen ondersteunen snelle modulatie voor scherpe, complexe details bij hoge snelheid. Vergelijkende waarden:
| Lasertype | Modulatiefrequentie |
|---|---|
| Blauwe diodekop | 1–100 kHz |
| CO2-laser | ~5 kHz |
| YAG-laser | ~25 kHz |
Tragere CO2-regeling beperkt de graveersnelheid bij complexe geometrieën ondanks hoger nominaal vermogen.
Compactheid van de laserkoppen
Door gebruikte materialen en bouwwijze bieden moderne multimode blauwe koppen een zeer klein formaat en laag gewicht, waardoor ze inzetbaar zijn op CNC-machines, 3D-printers en zelfs robotarmen waar CO2- of YAG-units onpraktisch zijn.
| Lasertype | Bronafmetingen (mm) | Gewicht | Benodigde extra’s |
|---|---|---|---|
| Blauwe diodekop (20–30 W klasse) | ≤ 70 × 70 × 220 | < 2000 g | Geen belangrijke; passieve koeling |
| CO2-laser (30 W) | ~60 × 60 × 600 | ~2500 g | Hoogspanningsvoeding (~200 × 200 × 150); waterkoeling; bundelgeleidende optica |
| YAG-laser (30 W) | ~290 × 220 × 100 | ~3500 g | Bundelgeleidende optica en uitlijning |
Diodekoppen zijn compact, licht, eenvoudig te monteren en breed compatibel. Daarentegen vereisen CO2-systemen grote behuizingen, waterkoeling en hoogspanningsvoedingen; zowel CO2 als YAG hebben spiegelsystemen en uitlijning nodig.
Veiligheid van de laserkoppen
CNC-gefreesde aluminium onderdelen zorgen voor effectieve warmteafvoer. De controller is tot ca. IP 62-afdichtingsniveau beschermd tegen mechanische schade, stof en waterdruppels. Besturingselektronica bevat thermische beveiliging tegen oververhitting van de diode. De driver is geïntegreerd in de kop, dicht bij de diode, waarbij inductieve storingen en het risico op connectorfouten tussen diode en controller — een veelvoorkomende storingsoorzaak — worden geminimaliseerd; dit verlaagt de totale operationele kosten.
Markeren en laserlicht onder water toepassen
Opt Lasers diodekoppen kunnen worden toegepast voor markering onder water. Blauwe golflengten (~440–460 nm) verspreiden zich in water, terwijl CO2- en YAG-golflengten sterk worden geabsorbeerd. Door het compacte ontwerp en eenvoudige integratie (geen complexe bundelgeleiding) bieden blauwe diodegraveerkoppen een concurrerend prijsniveau voor dergelijke toepassingen.